功率放大器根据功率器件工作方式的不同分为线性功率放大器和数字功率放大器,传统的线性功率放大器功率器件工作在放大区,失真小但是损耗大效率低,不适合应用在大功率场合,数字功率放大器功率器件工作在开关区,损耗小效率高但是输出精度低,不过随着宽禁带功率器件与数字芯片的发展,数字功率放大器的性能得到不断提升。目前数字功率放大器在磁悬浮轴承,光伏发电等应用领域均需要双向电流输出,所以开展双向数字功率放大器的研究非常有意义。本文以双向数字功率放大器为研究对象,分别对双向功率放大器的拓扑结构、工作原理、控制方法以及软硬件设计几个方面进行研究,主要研究内容如下:首先介绍了双向功率放大器的结构及组成,研究了双向功率放大器各个部分的工作原理,在此基础上利用傅里叶级数理论建立了双向功率放大器的数学模型,得到系统闭环传递函数转换为二阶标准形式,将阻尼比和自然频率等都用具体参数表示,可以直观的看出参数对系统的影响,并推导出控制参数的取值范围,对后续控制方法的实现具有指导作用。然后研究了基于双向功率放大器的模型预测控制,对预测模型、目标函数、延时补偿、反馈校正等部分进行了介绍,并结合积分补偿的思想提出了一种改进的反馈校正方法,对其反馈补偿系数的选择进行了设定,并在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型验证所提出的控制方法的正确性。最后对双向功率放大器的软硬件设计展开了研究,详细介绍了硬件平台的驱动电路,采样调理电路,过流保护电路等部分,分析了PCB设计过程的注意事项,并根据FPGA的设计流程,分模块实现了基于FPGA的数字功率放大器控制算法。在此基础上对所设计的双向功率放大器进行了稳态及动态性能测试,实验结果验证了所设计功放的跟踪性能好,输出电流纹波小,在负载突变等情况均能保持良好的动态性能。